Category: техника

Category was added automatically. Read all entries about "техника".

Харченко - первооткрыватель продольных радиоволн

Эта статья — мой публичный акт уважения Константину Петровичу Харченко, русскому изобретателю и учёному, который десятки лет своей жизни посвятил развитию военной радиоэлектроники и попутно пытался постичь тайны микромира. Сконструировав однажды коротковолновую антенну "ОБ-Е" для военных, он открыл, что радиоволны, о которых во всех ВУЗах мира до сих пор рассказывают, что это "поперечные электромагнитные колебания", оказывается, могут быть и продольными! Чего современная парадигма науки никак не предусматривает! Отсюда и призыв К.П.Харченко, инженера, изобретателя, учёного к соотечественникам: «Россияне, вы имеете фору... Не теряйте времени. Физику надо делать заново!»
Вот что Константин Петрович Харченко написал в своей "Юбилейной исповеди", опубликованной в журнале "Инфомост" №4 (44) за 2006 год, когда нашему герою исполнилось 75 лет.

"...Конец 1979-го. Оформились представления по новой однопроводной антенне бегущей волны. В её конструктивную основу была положена хорошо известная практикам и особо любимая теоретиками «старая» антенна Бевереджа, маркируемая у нас с легкой руки Г. З.Айзенберга как ОБ-«однопроводная бегущей».

К.П.Харченко: "Свою антенну я обозначил как ОБ-Е.

Добавление литеры Е отличало «новую» антенну от «старой» и показывало, что на её проводнике наряду с бегущей волной (электронов) присутствует ещё одна волна. Волна, похожая по структуре на волну в круглом волноводе, если смотреть в торец проводника.

Сейчас эту «дополнительную» волну именуют «продольной», а в те далекие времена такой термин не был модным. Сопоставительные испытания ОБ с ОБ-Е показали сказочные результаты. Так, например, взятый по возможному максимуму коэффициент усиления (КУ) «новой» антенны превышал КУ «старой» в 40 раз (!) при одинаковых длинах и диаметрах проводников с бегущей волной обеих антенн, размещенных над одной и той же «землей». У коллег немедленно возник жёсткий вопрос: «откуда и почему?» И также немедленно приговор: «этого не может быть, так как уравнения Максвелла – Герца разницы между ОБ и ОБ-Е «не видят»!

Collapse )

РЭБ против Томагавков неэффективна.


Виктор Имантович Алкснис
Интернет опять гудит. "Свободная пресса" опубликовала сенсационный материал, согласно которому Россия применила в Сирии новейшую аппаратуру радиоэлектронной борьбы и которая якобы внешним воздействием отключила приборы наведения большинства "Томагавков". В результате они потеряли управление и упали на землю.
http://svpressa.ru/war21/article/170204/
При этом "Свободная пресса" дает ссылку на источник этой сенсационной информации - американский независимый интернет-журнал "Veterans Today" ("Ветераны сегодня"). "Ветераны" даже приводят фотографию одного из "упавших Томагавков".

http://www.veteranstoday.com/…/trump-humilated-syria-shoot…/

Эта информация вызвала у меня гордость за нашу армию, обладающую таким чудо-оружием.

Но с другой стороны мой многолетний опыт военного авиационного инженера по радиоэлектронике заставил сомневаться в достоверности данной информации.

Зашел на сайт "Ветеранов сегодня" и действительно обнаружил фотографию упавшей крылатой ракеты (хотя, крылатой ли? Она больше похоже на тактическую ракету "Точка - У).

Решил проверить ее достоверность и в Гугле задал поиск аналогичных картинок.

И обнаружил, что еще 15 февраля 2016 года украинский русофобский сайт http://sokrytoe.org/31011-siriya-russkie-voyska-bombyat-shk… разместил у себя эту фотографию с подписью "Одна из 8 ракет, выпущенными русскими с корабля, упала на пустыре и не взорвалась".

Так что моя гордость за нашу армию оказалась несколько преждевременной.

А теперь по существу. Отключить приборы наведения "Томагавков" с помощью систем РЭБ невозможно. Да, эти системы способны "забить" помехами радиоприемные устройства ракеты, например, приемник GPS. И говорят, что в 1999 году в Югославии удалось использовать для этих целей даже микроволновые печи. Но эффективность подобных методов крайне мала. Дело в том, что на борту крылатых ракет расположено несколько дублирующих и дополняющих друг друга систем, которые обеспечивают высокоточный выход на цель.
Во-первых, это инерциальная система наведения, основанная на гироскопах я являющаяся полностью автономной, и на которую никакие помехи не действуют. Но у нее низкая точность наведения - за час полета "набегает" ошибка около 800 м и поэтому ее надо корректировать, используя более точные навигационные системы. Например, навигационную систему наведения GPS, позволяющую корректировать данные инерциальной системы наведения по сигналам со спутников. Вот она действительно подвержена воздействию помех и они может помешать использовать ее данные для корректировки полета.

Collapse )

Мифы ГЛОНАСС

Начало

Колеся летом 2010 года по стране, тогда еще премьер Владимир Путин неустанно говорил о самом важном. Наряду с охватившими страну лесными пожарами, жуткой засухой и скачком цен на продовольствие таким же важным оказалась и Глобальная навигационная спутниковая система – ГЛОНАСС. Новостные сводки буквально пестрели этой аббревиатурой: вот Путин допрашивает про ГЛОНАСС вице-премьера Сергея Иванова, вот он уговаривает израильского вице-премьера и министра обороны Эхуда Барака разрешить России разместить в Израиле дальномерную лазерную станцию системы ГЛОНАСС.

Премьер говорил о ГЛОНАСС на церемонии открытия российского участка нефтепровода Россия – Китай и, как заправский коммивояжер, пиарил его во время своего автопробега по трассе Чита – Хабаровск. В августе того же 2010 года Путин провел в Рязани масштабное совещание по вопросу использования ГЛОНАСС. Лишь за первые девять месяцев того года на сайте председателя правительства было выложено не менее 45 ссылок на его ГЛОНАСС-спичи! Полное ощущение, что на наших глазах рождалась очередная национальная идея, хотя это всего лишь навигационная система, пусть и спутниковая.

Кстати, такое предположение охотно подтвердил мне известный военный эксперт Александр Шаравин, директор Института политического и военного анализа: «Столь большое внимание уделяют ГЛОНАСС не только потому, что она имеет огромное значение для обороны и экономики страны. Это ведь еще и хороший пиар-проект: как же, высокие технологии…» (Александр Шаравин – профессиональный военный картограф, полковник запаса, закончил высшее военное командное училище и военную академию, доктор технических наук, действительный член Академии военных наук.)

Со своей стороны рискну предположить, что, помимо пиара, тут еще пахнет большими бюджетными деньгами.

ГЛОНАСС родилась в недрах советской «оборонки» как чисто военный проект: это был запоздалый ответ Министерства обороны СССР на американскую Global Positioning System (GPS) – систему глобального позиционирования. Американская задумка, как затем и наша, изначально была весьма далека от гражданских нужд. Упрощенно говоря, первоначально спутниковую навигацию стали развивать, чтобы облегчить стратегическим ядерным силам нанесение точного удара. Для этого и нужна была новая система определения координат. Ядерная триада – межконтинентальные баллистические ракеты наземного базирования, атомные субмарины и стратегическая авиация – вот первые и основные потребители спутниковой навигации. За ними в очередь встали «обычные» боевые корабли, сухопутные войска, тактическая авиация.

Первый спутник GPS американские военные опробовали в космосе в 1974 году, с 1978 года запуски стали системными. С 1993 года это полноценная система даже не навигации – вооружения. При помощи GPS стала возможна практически точечная наводка ракет и других управляемых боеприпасов, в том числе нанесение ударов по объектам подвижным. Чрезвычайно высокую эффективность GPS доказала, например, в 1999 году в Югославии и в 2003 году в Ираке. «В 2003 году у американцев были целые соединения, которые пользовались GPS, действуя уже по картам не топографическим, а цифровым, оперируя с трехмерными картами, пространственными 3D-моделями», – пояснял Александр Шаравин. Как это бывает с иными военными технологиями, из армейской сферы спутниковая навигация ворвалась в гражданский сектор, сделав проект GPS коммерчески прибыльным. Впрочем, это видно даже по магазинным витринам с навигаторами.

Collapse )

Целенапраленное развитие ИТ.

Оригинал взят у lexpartizan в Целенапраленное развитие ИТ.

Итак, каким я вижу развитие вычислительной техники в социалистическом государстве Халявы в ближайшие 5 лет планового развития упоротых технократов.

[Spoiler (click to open)]Базис.
Прежде всего, конечно, нужно иметь свой базис производства вычислительной техники. Без этого совершенно невозможно думать об автаркиях или Халяве. Какая же это Халява, если всё покупать?

Базисом такого производства послужит электронно-лучевая литография.
Это позволит производить собственные микросхемы. Я бы взял бы десяток таких машин и создал на них один кластер для промышленности на основе завода Ангстрем-Т и одну машину поставил бы в НИИСИ РАН для нужд ВПК и космической программы. Это позволит воякам и космонавтам контроллировать качество используемых материалов. Для военных вообще-то возможность создания собственных дешёвых мелкосерийных(единичных) микросхем означает некислый прогресс в боевой электронике.
Кроме этого, для той же литографии в России построен завод технологии МЭМС (микро-электромеханические системы), который позволит производить акселерометры, гироскопы, компасы, DLP-чипы. Они производятся по другой технологии, в отличии от процессоров.
И обещают освоить производство SST-MRAM.
Для независимой информационной технологической базы осталось только производство RRAM. Думаю, на базе той же электронно-лучевой литографии. Учитывая сроки службы RRAM в сотни раз больше флэшек, думаю, спрос удовлетворится довольно скоро.

Софт.
Конечно в социалистической Халяве главенствует опенсорс. Ведь это логично: софт, разработанный на общественные деньги, должен принадлежать обществу. А как иначе? Исключение разве что для ВПК и АЭС в целях безопасности.
Софт разрабатывается не с целью продать, а с целью пользоваться. И в этом плане Государство Халявы идёт даже на спонсирование иностранных опенсорс-проектов и программистов, признанных важными для государства. Задача государства - не продавать софт. Задача государства - создать свободную инфраструктуру, пользуясь которой, граждане смогут пользоваться софтом, создавать софт и продавать софт.
Для игроиндустрии это будет, например, развитие собственного или стороннего(в качестве основы) опенсорс-движка. Который сразу будет рассчитан на API Vulkan, который хоть и не такой шустрый, как ДиректИкс, зато гибкий и кросс-платформенный. Движок будет с упором на приложения виртуальной и дпополненной реальности.
Для генерации контента лучше всего использовать автоматизированные и дешёвые средства.
Например, для генерации моделей для виртуальной реальности лучше всего использовать фотограмметрию (сканирование с помощью множества фотографий). Этот способ позволит по возможности автоматизировать процесс, задействовав беспилотник с камерой и получить высококачественные текстурированные объекты даже тем, кто совершенно не умеет моделировать. Да никакой моделлер в разумные сроки и за разумные деньги не справится с такой детализацией, которая нужна для виртуальной реальности. Вот, например, небольшая сценка для оценки качества погружения.

Сам процесс фотограмметрии выглядит примерно так

А можно ещё скриншотами "воровать" модели из игр.


Для захвата движений тоже нет нужды в дорогом оборудовании, хватит 4х вэбкамер.

Также нужно создать общий магазин моделей и анимаций в облаке, где по истечении срока или достижения означенной суммы модели будут переходить в паблик-домейн.

Ну а если уж совсем свербит написать Русскую Операционную Систему, та е гроши, час та натхнення, то лучше всего создавать её на архитектуре экзоядра. Время жирных монолитных\модульных ядер, вроде Линукс или Windows проходит. Их крайне трудно поддерживать, в них накапливаются ошибки, их трудно проверить на закладки, не смотря на открытый или закрытый код. В том же Линуксе возникают такие уязвимости, что на голову не налазит. Миллионы строк кода снижают надёжность и переносимость. И будет только хуже. Это непреодолимые проблемы роста.
Альтернативой является микроядро, которое предоставляют лишь небольшой набор низкоуровневых примитивов/механизмов/компонентов/сервисов/модулей.
Микроядерная архитектура имеет неоспоримые преимущества вроде маленького компактного кода, что позволяет вылизать его до идеала, обеспечить безопасность, переносимость и тд.
Но его главным недостатком является низкая производительность из-за постоянного переключения контекста между сервисами(файловая система, tcp-ip и тд). Где-то на 10% медленнее, чем у монолитного.

И есть дальнейшее развитие микроядерной архитектуры - экзоядро. Оно представляет собой наиболее близкий к железу набор функций, таких как безопасное выделение и освобождение ресурсов. Экзоядро не занимается предоставлением абстракций(файловая система, сетевой стек) для физических ресурсов — эти функции выносятся в библиотеку пользовательского уровня (так называемую libOS). Обязанности экзоядра сведены к выполнению минимума функций, связанных с защитой: именования, выделения, высвобождения и разделения ресурсов, контроль прав доступа. Экзоядро обеспечивает большую эффективность за счет отсутствия необходимости в переключении между процессами при каждом обращении к оборудованию. Программистам же оно даёт возможность создавать ориентированные на их продукт абстракции самостоятельно, без привязки к их реализации в ОС, что позволяет использовать более подходящие варианты.
Фактически такой же подход (меньше абстракций, больше прямого доступа к вычислительным ресурсам) предоставляет для 3д-графики API Vulkan, что снижает зависимость от качества драйверов.
Этот подход имеет свои недостатки - приложения становятся больше, ибо, кроме самого приложения в них ещё находятся описание и реализация необходимых абстракций, являвшихся раньше частью операционной системы. Кроме того, реализация безопасности в экзоядре намного сложнее, ибо код абстракций вынесен в приложения и не поддаётся проверке на уровне исходного кода.
Концепция эта вовсе не нова, экзоядра существуют с 1995 года, но пока это скорее академическая игрушка.

Так как много софта сразу не появится, экзоядро должно уметь запускать ядро линукс, как процесс. А ещё лучше выделить из Линукс абстракции и использовать только их. Со временем экзоядро обрастёт родным оптимизированным софтом.
Так как у нас есть передовое производство электроники можно будет в будущем оптимизировать железо под экзоядро(ибо экзоядро очень близко к железу), реализовав некоторые функции аппаратно.
Кроме того маленькое экзоядро с минимальной библиотекой абстракций отлично годится не только для десктопа, но и для интернета вещей или мобильной аппаратуры.

Связь и инфраструктура.
Прошли те времена, когда барышня соединяла абонентов вручную. Проходят времена, когда монтёр тянул кабель от АТС до самого дома. Прошли времена телеграфной связи и любителей проводного радио. Да, такие люди всё ещё есть, но это редкость.
Теперь сотовая связь. Барышня не нужна, монтёр не нужен. Более того, эта связь даёт вполне быстрый доступ в интернет, а одна вышка покрывает значительное пространство, не занимает крупного здания и не требует обслуживания месяцами. Одна бригада спокойно обслуживает целую область. Благодаря виртуализации и программно-определяемому(SDR, SDN, NFV) подходу оборудование часто даже не требует замены с вводом новых стандартов. Хватает программной переконфигурации.
Затраты на поддержку сетей небольшие и настало время, как мне кажется, перевести связь в раздел халявы, повесив эти мизерные издержки на бюджет и дав населению бесплатный и неограниченный доступ к интернету. Ибо затраты на учёт, биллинг и бухгалтерию, имхо, куда выше затрат на собственно обслуживание и модернизацию. Нужно давать только доступ в интернет. Голосовая связь не нужна, интернет с этим справится. Это сделает инфраструктуру и оборудование проще и дешевле.

Некоторые утверждают, что сотовая связь приносит 240 миллиардов рублей налогов на 2012 год. В то, что столько налогов собирается как-то не верится. Скорее всего это доля в ВВП(общий заработок). Попробуем подсчитать, в России 146 млн платят в месяц по 100 рублей за мобильник. 175 200 000 000 рублей по курсу 40 в то время = 4 380 млн$ в год минимум.
Стоимость Базовой Станции с вышкой - около 100 000$
Вышек в РФ около 100 000, имхо. В 2005 было 30 000.
Это 100 000 на 100 000$ = 10 000 000 000$ = 10 млрд$.
То есть, абонплаты за пару лет хватит даже на то, чтобы построить всё с нуля. Но ведь можно и национализировать))

В общем, обеспечение связью нужно каждому, это общественная потребность 100% населения и это должно быть общественной, то есть государственной заботой. Это понятно.
Но нормальный доступ в интернет может обеспечить только связь стандарта 5G.
К сожалению, далеко не всё оборудование можно использовать. Так что большинство базовых станций придёться производить самим, используя архитектуры SDR, SDN, NFV. И в этом плане не всё так плохо, отечественные разработки есть. Реализация - на базисе, описанном выше. Лицензирование всяческих ARM-ядер или использование своих MIPS - не суть важно. Но желательно отечественного производства.

Судя по описанию 5G, стандарт рассчитан спокойно тянуть миллионы абонентов в пределах базовой станции и обеспечить время доступа порядка микросекунды. Это и является самым ценным. Заявленные же террабитные скорости же достигаются при частотах выше 5ГГц, что весьма плохо влияет на распространение сигнала. Настолько плохо, что в телефоны планируют встраивать патч-антенны, вроде ФАР истребителей. Да-да, Фазированная Активная Решётка из истребителя в Вашем смартфоне... Впрочем, возможно, это будет не так уж и дорого с помощью зд-печати. Для нормального покрытия следует использовать частоты от 0.8 ГГц до 3. Выше имеет смысл только в плотных городах. Впрочем, с архитектурой SDR есть возможность подключать несколько радиомодулей к одному процессорному блоку, что не сильно удорожает расширение спектра. А агрегация(объединение пропускной способности частот) позволяет выжать вполне приличные скорости. После повсеместного распространения 5G-связи и пользовательских 5G-устройств следует потихонечку наводить порядок в радиоэфире, перенося радиостанции и телевещание в интернет, расчищая радиоэфир и расширяя диапазоны и доступную скорость. Связь следует обеспечивать программами интернет-телефонии, вроде скайпа или вибера. Согласование с проводной телефонией не нужно вообще. Предыдущие стандарты придёться поддерживать с помощью виртуализации до распространения новых абонентских устройств.
Введение бесплатной сотовой 5G связи убьёт устаревшую телефонию и их адслы, так что ждём майдана связистов. Однако 5G-связь даст необходимую инфраструктуру для ОГАС, облачной робототехники, интернета вещей, умных городов и прочих плюшек. А также значительно повысит безопасность и подорвёт бизнес частной охраны. Каждый житель имеет право на защиту жизни и имущества со стороны правоохранительных органов. Покрытие 5G позволит поставить каждый дом на сигнализацию в милиции. При срабатывании сигнализации девайс отправляет сигнал на пульт диспетчера и включает трансляцию с домашних видеокамер (видеокамеры также могут использоваться для умного дома и мокапа для виртуальной реальности). Кроме того, сами смартфоны могут реагировать на крик о помощи и послать сигнал диспетчеру о своём местоположении, включить трансляцию видео и звука с девайса. Причём это не обязательно будет смартфон жертвы, а любой смартфон, услышавший зов. Гопники уйдут в прошлое. Станет слишком опасно заниматься преступлениями, если милиция реагирует мгновенно.
ЗЫ. Ожидаю комментариев о наступлении электронного концлагеря на свободу гопников.

Смартфон будущего.
Конечно, кроме сети 5G нам понадобится отечественные смартфоны.
Какими они будут, с точки зрения Пути Халявы? С точки зрения адепта-халявщика, такой смартфон должен служить десятки лет (без морального устаревания) и удовлетворять максимальное число нужд халявщика. Итак, попробуем прикинуть, каким он должен быть. Он должен давать доступ к виртуальной и дополненной реальности, заменять монитор, навигатор, телефон, быть удобным, носимым и не мешать. Чтож, попробуем прикинуть, каков он в железе.

1. Изображение.

Пока что очки виртуальной реальности представляют собой большую коробку на морде. И это вовсе не круто. Виртуальная реальность в формате очков не прижилась вообще, а дополненная реальность представляет собой довольно жалкое зрелище. Гуглгласс - это проектор перед глазом, закрывающий обзор и дающий слишком маленький угол зрения дополненной реальности. Всякие экраны на стёклах ушли тоже не сильно далеко. О проекторах или лазерах, формирующих изображение напрямую на сетчатке глаза пока остаётся только мечтать, ибо это рекламная замануха.
Но есть один любопытный эффект. Наверняка вы все его наблюдали. Иногда отражение на стекле кажется более реальным, чем реальность за стеклом, особенно, если за стеклом чуть темнее.
Именно на этом эффекте и основаны очки дополненной реальности META 2.

Кстати, волшебным образом похожим на шлем пилота от МИГ.

Экран находится в козырьке и отражается в глаза пользователя от специальной прозрачной маски. Маска имеет некое покрытие с серебром для отражения.

Если сделать её ещё и поляризованной, то мы получим обычный козырёк с поляризационными очками. Что само по себе неплохо, я пользуюсь поляризованными накладками на очки и очень доволен. Конечно, эта "маска" должна подниматься\складываться и уходить под козырёк, чтобы можно было смотреть на мир невооружённым взглядом.
Кроме того, маска может быть из специального "умного зеркала", прозрачного для лучей определённых направлений. То есть, для падающего под углом света от смартфона оно будет служить отражающим зеркалом, а для прямого света реального мира будет прозрачным.


В общем, на данный момент всё в реальности выглядит примерно так:

Основатель компании божится, что в его конторе не останется мониторов, а работать все будут в таких очках. Что же, остаётся только поверить, ибо считываемость текста на данных видео не ясна. Оптические же показатели обещают 20 пикселей на градус обзора. Обзор 90 градусов, так что, имхо, хватило бы и одного Full HD дисплея.

Экран - однозначно amoled. Причин несколько.

1. Самое главное, что на оледах чёрный - это настоящий чёрный. Так как пиксель не включается, а подсветки нет. А в нашем случае чёрный - это прозрачный. Тот цвет, который не будет отражаться нам в глаза, так что это крайне важно.
2. Олед экономичнее. Хотя бы потому, что чёрный - это выключенный. А в режиме дополненной реальности выключена\прозрачна большая часть экрана.
3. Олед уже дешевле, чем lcd. 1920Х1080 стоит 14,30$.
4. Олед лёгок и гибок, прекрасно и тупо клеится на козырёк. И легко сменится при необходимости.

В режим виртуальной реальности данный шлем можно переключить, надев на него шапочку из фольги Vantablack. То есть, исключив внешний свет. Режим виртуальной реальности, конечно, нужен только в домашних условиях.

2. Звук.
Так как устройство рассчитано на постоянное ношение, то использовать обычные наушники и забивать аудиоканал человека нельзя. Так что остаётся использовать либо наушники с костной проводимостью, либо технологию, известную, как нейрофон. Если таковая вообще существует.
Вкратце суть такова: Пользователь может играть лесными эльфами, охраной дворца и злодеем. И если пользователь играет эльфами то эльфы в лесу, домики деревяные набигают солдаты дворца и злодеи. Можно грабить корованы... Извините, это из другого моего старого письма, вернёмся к нейрофону... Оказывается, В человеческом организме есть два пути или два способа восприятия звуковых волн разной частоты. Звуки частотой от 20 до 20000 герц проходят через ушной канал в улитку (внутреннее ухо). Ультразвуковые волны же передают все жидкости, кости или ткани организма (в том числе, кожа), и обрабатываются в другом органе слуха.
Где же он расположен? Это – небольшой участок мозга, который называют лабиринтом, и он отвечает за равновесие человека. Как оказалось после исследований научных деятелей, этот орган может воспринимать и обрабатывать ультразвуковые сигналы.
Почему нейрофон – это новый аппарат, который передает звук именно через кожу, если его могут проводить любые биологические ткани и жидкости? Кожа имеет пьезоэлектрические свойства, она передает электрические сигналы, которые поступают извне, в мозг. Такие сигналы очень разнообразны, но правильно закодированные сигналы могут передавать звуки.
Нейрофон – это медицинский, или, скорее, научный аппарат, вряд ли вам предложит его обычный музыкальный магазин. Но с его помощью можно, приложив аппарат к коже, передать человеческому мозгу звуковые сигналы. Это важно для глухих людей – даже инвалиды с полностью атрофированной ушной улиткой могут слышать с помощью нейрофона! А для меломанов такой аппарат открывает новые границы.

В общем, теоретически звучит всё так: звук модулируется в частоту где-то 40 килогерц и выше, электроды с сигналом прикладываются к коже (в нашем случае их удобно встроить туда, где козырёк соприкасается с лбом, но можно цеплять электроды хоть к жопе) и человек слышит чистейший звук внутри своего котелка. Некоторые утверждают, что таким образом можно симулировать тактильные ощущения и прочее.

Однако, есть очень большие сомнения в этой технологии.
1. Ультразвук вреден для организма и вообще влияет на мозги.
2. Обсуждения нейрофона я на серьёзных ресурсах не видел. Вообще. Одни какие-то эзотерические ресурсы по расширению сознания, впаривающие нейрофоны для медитаций и достижения просветления.
3. Утверждается, что эта "технология" способна дать слух даже тем, у кого проблемы с внутренним ухом, ибо воздействует на другие органы(лабиринт в мозгу). Однако, я не слышал о таких аппаратах для глухих.

Не смотря на все сомнения эта хрень реально продаётся разными фирмами.
http://www.neoneurophone.com/
http://www.flanagan-neurophone.com/english_information/Neurophone_NF3/neurophone_nf3.html
Хотя, мы живём в такое время, когда пачками впаривают лохам "таблетки для топлива, после которых машина будет жрать три литра на сотню". Что характерно, эти люди становятся постоянными покупателями и счета за бензин их не убеждают)) Сила самовнушения.
В общем, крайне сомнительный способ, который, надо бы, однако, пощупать.

Но пока единственным рабочим вариантом остаются наушники костной проводимости.
Для виртуальной реальности можно дополнительно использовать наушники, влияющие на вестибюлярный аппарат.
3. Юзеринтерфейс.
Взаимодействие с юзером должно быть тремя способами.
3.1. Голосовой интерфейс, особенно удобный для пользователей старшего поколения.

С поиском фильмов и сериалов, конечно))
3.2. Рукамимахательный интерфейс.
А-ля Leap Motion.

Работает он примерно так: свет инфракрасных диодов отражается от рук и попадает в две инфракрасные камеры.

После чего картинку уже пережёвывают алгоритмы.
Однако есть нюанс. При прямом солнечном свете ЛипМойша дохнет. Не ломается, слава Богу, но не способна увидеть руки из-за засветки. Такие дела.
Возможно, эти камеры можно заменить обычными с нейросетью, которая будет выделять руки из изображения и работать только с ними.
Я бы предпочёл иметь две Full HD 60 кадров в секунду(сейчас стоят по 25 баксов) камеры на козырьке на расстоянии, соответствующем стреднестатистическому межзрачковому расстоянию, которые могли бы заодно захватывать движения рук. Кроме того, это позволило бы снимать стереовидео. А также использовать данные камеры в зд-сканировании.

С другой стороны, боюсь, углов обзора на этих камерах не хватит, чтобы захватить движения рук или их придётся поднимать, чего юзер долго не вынесет.
В таком случае придётся всё же ставить leap motion. Правда, это дополнительные 70 баксов, чего не хотелось бы. Впрочем, как по мне, цена явно завышена. Две вэбки + 3 ИК-диода...
3.3. Отслеживание зрачков.

Камера, направленная на лицо, может отслеживать зрачки, мимику и показывать лицо абонента во время связи.
Отслеживание направления взгляда позволит уменьшить вычислительные затраты на рендеринг периферийного поля зрения и обеспечить интерфейс для инвалидов, где можно будет управлять курсором взглядом, а кликать левым или правым глазом.
Отслеживание мимики будет полезно для обратного отклика от пользователя(нравится\не нравится\скучно)

или наложения на игрового персонажа в онлайн-играх.

Ну а видеозвонки(возможно, с аватаром, на который будет наложена мимика) - это и так ясно.
Правда, есть одно но. Камера должна быть с широчайшим обзором, чтобы вместить всё табло с расстояния максимум 5 см. Ведь она расположена на краю козырька. Это потребует хитрую линзу.
К тому же камере придётся снимать нижнюю часть лица сквозь полупрозрачную маску, что потребует постобработки изображения. Убрать искажения и отражения.

3.4 Клава с мышкой.
В отличии от мониторов, которые заменят данные девайсы, клавиатура и мышка никуда не денутся. Никакой рукамимахательный или голосовой интерфейс, не смотря на всю естественность, не заменит скорость и эргономичность мышки и клавы. Руками махать устанешь. Говорить не всегда удобно.

4. Аутентификация пользователя
Для аутентификации воспользуемся фашисткими методами.

Технология SkullConduct работает так: специальный динамик генерирует ультразвуковой сигнал, который уникальным образом распространяется вдоль костной ткани. На другой стороне установлен чувствительный микрофон, фиксирующий полученный звук. Измеренные искажения звука и будут тем самым «секретным паролем».

Добавим к этому распознавание лица и голоса, даже радужной оболочки глаза... Вуаля. Ненапряжная аутентификация для домохозяек. Привяжем к ней какой-нибудь OpenId-аккаунт для многочисленных регистраций...

5. Вычислительная платформа.
Надо понимать, что носимый компьютер никогда не сможет быть достаточно быстрым и современным. Они устаревают буквально за пару лет. И мобильный 1-ваттный комп никогда не сможет сравниваться с производительностью домашнего числодробительного монстра, жрущего 500 ватт. А сложность приложений растёт с каждым днём. Тем более мобильных приложений, где многое закручено на нейросетях, машинном зрении и обработке видео. Например, сканирование, дополненная реальность, перевод языков и тд и тп.
Надо помнить, что мы халявщики и за длительный цикл жизни подобного девайса. Он не должен устаревать в принципе.

И выход тут только один. В удалённых вычислениях и стримминге изображения с стационарного компа или сервера. Именно тут нам и пригодится 5G-интернет с его обещанными скоростями хотя бы в 50 мбит и временем отклика в 1 мс. Причём основной трафик будет в пределах базовой станции, а она способна обслуживать миллионы устройств.
Если мы сможем подключиться к компу, то производительность нашего девайса не будет иметь значения.
Мы должны стриммить данные с нашего девайса на комп, обрабатывать их там, и принимать изображение. Фактически, удалённо работать с компом. Сейчас есть такие программы, для игры в компьютерные игры на телефоне. И они вполне показывают неплохой результат, играть можно. Но для шутеров или виртуальной реальности такие задержки неприемлемы. Порогом заметности считается 20 мс. Хотя на самом деле мозг способен обрабатывать картинки меньше 13 миллисекунд. В общем, нельзя отставать более, чем на кадр при 60 гц. 60 Гц и возьмём за точку отсчёта.
Итак, посмотрим, что можно сделать.
Первым делом нам нужны датчики гироскоп\акселератор\компасс, способные отдавать данные с частотой 60гц.
Я не буду столь оптимистичен, чтобы считать, что leap-motion способна за 12 мс превратить два кадра в данные о каждом пальце и других частях рук. Тут уж ничего не поделаешь. Возможно, данные с лимойши придётся отправлять в сыром виде(стереовидео) на комп.
Надо понимать, что данные с датчиков передаются уже для следующего кадра и стараться отставать не более чем на кадр.
За время рендеринга следующего кадра мы должны:
1. отправить данные с датчиков для рендеринга. Это можно делать параллельно, главное успеть до начала рендеринга следующего кадра, так что 13 мс - это почти вечность.
2. Пережать видео. Самый трудный и долгий этап.
3. Отправить его клиенту\девайсу. 2-3 мс в сетях 5G.
4. Распаковать и показать.

Молодая российская компания Фаствидео умудрилась с помощью Cuda на видюхах нвидии жать картинку в jpg быстрее, чем картинка закидывается в видеопамять.

Это прекрасно, но есть пара нюансов.
1. CUDA - это только видюшки нвидиа. Надо OpenCl.
2. Это всё-таки требует возможно, слишком мощную видюху. Было бы интереснее, если бы они показали такой результат на встройке, а не на флагмане. А нам надо, кроме всего прочего, жать данные с камер(для мимики и глаз, например) нашего девайса.
3. Jpg безнадёжно устарел. Он не даст ни низкого битрейта для сетей ни приемлемой картинки для души.

Сравним, например, с невыстрелившим пока форматом BPG, основанном на кодеке H265.

Формат h265, конечно, хорош. Но является сильно лицензионно-сомнительным. Более предпочтительным является свободный гугло-кодек VP9, дающий незначительно худшие результаты. Впрочем, все они являются развитием одних и тех же идей jpeg, mp2 и тд.
Однако в тёмных подвалах тайных лабораторий который год уже вот-вот смонстрячут свободный кодек некст-некст поколения daala с новым стандартом NETVC, основанная на новых алгоритмах, менее требовательных к вычилительной моще. Пока же она жмёт примерно как VP9, отставая совсем немного. Что само по себе уже неплохо. Впрочем, кодек ещё не окончен, ему требуется ещё годик.

В общем, как мне кажется, задача выполнить аппаратный кодек последнего поколения с производительностью в 5 мс на кадр в принципе решаема.
А также, конечно, нужно разработать новое ПО для этого дела. С гибким битрейтом и уменьшением цветности и разрешения вплоть до 640Х480 8 бит при плохом приёме. Чего хватит для интерфейса дополненной реальности, например, для навигации в дороге.
Только таким способом можно решить проблему недостаточной производительности мобильных устройств, сделав их практически вечно актуальными. Даже если найдут способы другой передачи изображения, и они морально устареют, этими девайсами всё равно можно будет пользоваться и они предоставят полный доступ к информации и игрушкам. Без ограничений.
А сам девайс может быть сколь угодно слабый. Хоть таблично-софтверный. Его дело получить доступ к компу и гонять видео туда-сюда и данные с датчиков.

5. Окончательная сборка.
Итак, для такого мобильного девайса нам потребуется набор датчиков.
Гироскоп и акселератор - само собой. GPS - однозначно. Компасс по моему скромному мнению тоже необходим для определения направления взгляда в большом мире. Совместно с высокоточным (сантиметровая точность) GPS это позволит определять место человека в реальном мире и выдавать ему картинку дополненной реальности в городе. В общем, GPS + MPU9350 необходимы. Насчёт барометра не уверен, высоту можно определить и по GPS.
Впрочем, GPS легко интегрируется с другими модулями. Как с 5G-модемом, например. И аппаратным кодеком видео. И прочими аппаратными примочками для периферии, вроде датчиков, камер и тд. Блютуз для всяких джойстиков. А вот вместо вайфая для дома я бы перешёл на li-Fi, ибо радиоспектр нужно разгружать, да и скорости сравнимы с оптоволокном. Две Full HD камеры для стереовидео, одна 720p для мимики и глаз, микрофон, конечно, интегрированные к вискам наушники костной проводимости и тд. Пригодится и опыт производства тонких телефонов толщиной около 5 мм, ибо всё железо будет практически в тонком козырьке. Поверхность козырька будет представлять собой гибкую печатную солнечную батарею. К тому же напряжение на этой батареи сможет служить датчиком освещения и регулировать яркость. Конечно, на девайсе будет доступно гребёнка GPIO, для использования в многочисленных diy-проектах, например, систем видеонаблюдения или беспилотниках.
Формфактор примерно такой


В итоге девайс позволит удалённо работать за виртуальным компьютером (в том числе и удалённо подключаться к рабочему месту), сделает ненужными мониторы и экраны, сможет заменить мобильный телефон, набор датчиков позволит точно спозиционироваться на местности (включая направление взгляда) и задействовать дополненную реальность, например, в экскурсионных целях. Для водителя он сможет заменить как навигатор, так и регистратор с помощью камер. Что позволит оценить что же видел водитель и степень его вины. А дома с помощью какого-нибудь не пропускающего свет футляра он позволит насладиться виртуальной реальностью. При этом он не потеряет актуальности пока не придумают другой способ формирования картинки, как минимум.


Производство микросхем.

Оригинал взят у lexpartizan в Производство микросхем.


[Spoiler (click to open)]Вкратце процесс производства микросхем выглядит примерно так:



1. [Производство кремниевых пластин диаметром 300 мм]

Первоначально берется SiO2 в виде песка, который в дуговых печах (при температуре около 1800°C) восстанавливают коксом:

SiO2 + 2C = Si + 2CO

Такой кремний носит название «технический» и имеет чистоту 98-99.9%. Для производства процессоров требуется гораздо более чистое сырье, называемое «электронным кремнием» — в таком должно быть не более одного чужеродного атома на миллиард атомов кремния. Для очистки до такого уровня, кремний буквально «рождается заново». Путем хлорирования технического кремния получают тетрахлорид кремния (SiCl4), который в дальнейшем преобразуется в трихлорсилан (SiHCl3):

3SiCl4 + 2H2 + Si 4SiHCl3

Данные реакции с использованием рецикла образующихся побочных кремнийсодержащих веществ снижают себестоимость и устраняют экологические проблемы:

2SiHCl3 SiH2Cl2 + SiCl4
2SiH2Cl2 SiH3Cl + SiHCl3
2SiH3Cl SiH4 + SiH2Cl2
SiH4 Si + 2H2

Получившийся в результате водород можно много где использовать, но самое главное то, что был получен «электронный» кремний, чистый-пречистый (99,9999999%). Чуть позже в расплав такого кремния опускается затравка («точка роста»), которая постепенно вытягивается из тигля. В результате образуется так называемая «буля» — монокристалл высотой со взрослого человека. Вес соответствующий — на производстве такая дуля весит порядка 100 кг. Слиток шкурят «нулёвкой» :) и режут алмазной пилой. На выходе – пластины (кодовое название «вафля») толщиной около 1 мм и диаметром 300 мм.
Слиток шкурят «нулёвкой» :) и режут алмазной пилой. На выходе – пластины (кодовое название «вафля») толщиной около 1 мм и диаметром 300 мм.

Тут надо сделать отступление. В ближайшее время планируется переход на пластины диаметром в 450 мм, что удвоит площадь пластин. Площадь пластин чрезвычайна важна в экономическом плане. Так как весь рабочий процесс ведётся с одной пластиной, а не с её частями. А значит, чем больше на пластину влазит(чем больше её площадь и чем меньше площадь микросхемы), тем дешевле и быстрее получается производство.
Например, на одной пластине вмещаются 160 чипов площадью 352 квадратных мм от видеокарты 7950. Или около 250 чипов размером в 250 кв мм intel broadwell. Ядро Cortex-A35, например, занимает 4 кв мм. Так что есть разница, получить за то же время с теми же усилиями 250 процессоров intel или 500.
Кроме других преимуществ в виде производительности и энергопотребления более совершенный техпроцесс позволяет уменьшить площадь микросхемы, значит можно разместить больше чипов на пластине и микросхема выйдет дешевле.
Надо ещё отметить тот факт, что Китай подсадил весь мир на свои пластины. Даже интел их не производит, а закупает.

2. [Перенос структуры процессора на подложку\вафлю. Литография.]
На кремниевую подложку\вафлю наносят слой материала, из которого нужно сформировать рисунок. На него наносится фоторезист — слой полимерного светочувствительного материала, меняющего свои физико-химические свойства при облучении светом. Потом производится экспонирование (освещение фотослоя в течение точно установленного промежутка времени) через фотошаблон\маску.

и удаление отработанного фоторезиста.

Весь процесс выглядит примерно так:

Операцию печати рисунка (с разными масками) нужно повторить от ~10 (для самых простых и старых микросхем) до ~40 раз чтобы сформировать все нужные слои на микросхеме (начиная от самих транзисторов, и заканчивая 2–10 слоями металлических соединений). Между операциями фотолитографии пластины подвергаются различной обработке — их греют в печке до 1100 градусов, травят в растворах и плазме.

На данный момент оптическая литография столкнулась с пределом роста на 57 нм из-за длины волны лазеров. Применяя хитрости вроде фазовых масок, многократной экспозиции, оптической коррекции близости, off-axis illumination, поляризации света — получают минимальные элементы до 22нм.
В кулуарах конференции Tae-Seung Eom, представляющий компанию Hynix Semiconductor, печально поведал: “Я не хочу разрабатывать двойное паттернирование, но мой босс заставляет. Это просто убивает меня”. “Шаблоны для двойного паттернирования – вот, что не дает мне спать по ночам” - сказал в дискуссии за круглым столом Harry Levinson, руководитель разработок литографических технологий компании AMD. “Но как раз это позволяет мне спокойно спать ночами” - парировал Bert Jan Kamperbeek из компании Mapper Lithography, о которой речь пойдёт немного позже. А сейчас применяется четырёхкратное паттернирование, что ещё более сложно и дорого. Чтобы вы понимали, двойное паттернирование требует два фотошаблона и экспонирования.
Способ литографии на жестком ультрафиолете EUV даёт теоретический максимум в 16 нм.

Сколько стоит сделать процессор?
А теперь немножечко о стоимости процесса. Тут самым интересным является изготовление масок.
Они не должны иметь ни одного повреждения, и их изготовление обходится очень дорого: от ~7'000$ за комплект для микросхем на 1000нм, ~100'000$ для микросхем на 180нм и до ~5'000'000$ для микросхем на 32нм. А ведь микросхема с первого раза скорее всего не заработает — и после нахождения ошибки маски придётся переделывать. Частично с этой проблемой можно бороться размещая тестовые микросхемы от многих заказчиков на одном наборе масок — тогда все получат по чуть–чуть тестовых микросхем за 1/3–1/10 цены полного набора масок (это называют Shuttle или MPW — multi project wafer).
Сколько же должен стоить такой процессор, если производство мелкосерийное? Если сравнивать с процессором интел, которых влезает около 250 на пластину, то 5 000 000$ делим на 250 - 20 000 баксов на чип только за маски! А если они не удались с первого раза, то 40 000! За микросхему, Карл! Чтобы выйти на уровень 20 баксов за чип, надо продать 250 тысяч чипов! А ведь мы ещё не учли стоимость разработки, техпроцесса, корпусировки. Только маски!
По слухам каждая произведённая пластина стоит от 100–400$ для старых технологий на 1000нм, ~1000$ на 180нм и до ~5000$ для самых современных (помимо нанометров тут оказывает влияние и сложность технологии — простая логика дешевле, флеш память дороже, но не в разы).
Чтобы всё это окупить, надо клепать просто дикие масштабы и иметь достаточно ёмкий рынок, куда все эти миллионы микросхем можно слить. Именно поэтому военка и космос стоят космических денег.

3. Разрезание пластины. Упаковка на подложку и корпусировка.



Без комментариев. Хотя перспективно было бы делать теплораспределительные крышки из композитов меди и графена.

И так с производством и основными проблемами слегка разобрались.

Сколько стоит фабрика
Давайте посмотрим, во сколько примерно обойдётся заиметь свой заводик по клепанию чипов.
Для постройки фабрики требуется около 3 лет и порядка $5млрд (10 млрд за завод с 450 мм вафлями)– именно эту сумму должен будет «отбить» завод в последующие 4 года (к тому времени как появятся новые технологический процесс и архитектура, а прибыль будет переть только по последнему техпроцессу, устаревшие технологии идут по себестоимости; необходимая для этого производительность – порядка 100 рабочих кремниевых пластин в час).
Несмотря на всю сложность индустрии, только монополисты работают с видимой прибылью (TSMC, Intel, Samsung и немногие другие), остальные еле сводят концы с концами. Мало кто может себе позволить выпускать чипы. Ещё меньше тех, кто умеет делать маски.
По всему миру микроэлектроника жесточайше дотируемая отрасль — заводы постоянно выклянчивают освобождение от налогов, льготные кредиты и демпингуют (в Китае пошли ещё дальше — Semiconductor заводы строит за государственный счёт, и потом ими «управляет» — это у них называется Reverse Build-Operate-Transfer). После появления каждой новой технологии (45нм, 32нм...) — первые заводы-монополисты обладающие ей и рубят основную прибыль, а те, кто приходят на 2-5-10 лет позже старта — вынуждены работать практически по себестоимости. В результате денег тут заработать крайне сложно (без монополии и без дотаций).

Проблемы ВПК и космоса.
Как видите, заниматься производством электроники, не имея ёмкого рынка просто невыгодно.
Но что делать военным и Роскосмосу? Ведь у них очень малые заказы и особые требования.
Такие микросхемы обходятся буквально в космические суммы, когда кусочек кремния может стоить дороже всего танка.
Это приводит даже к таким анекдотичным проблемам, когда американский F–22 Raptor по прозвищу "золотой" (ибо стоит на вес золота) до недавнего времени летал на процессоре Intel 960mx, разработанном в 1984–м году!
Можете представить, как дела обстоят у нас. И не удивляйтесь, почему наша техника устарела, а Система Управления Огнём стоит дороже танка и покупается у французов.
У военных и космонавтов (в России всё перемешано) нет нужды в больших сериях, но у них есть особые требования.
[Требования ВПК и космоса]
Это повышенные требования к надёжности кристалла и корпуса, устойчивости к вибрациям и перегрузкам, влажности, большой температурный диапазон.

В США микросхемы разделяются на коммерческие с диапазоном от 0...70 градусов по Цельсию и индустриальные и военные с диапазоном -40...125С. Не прошедшие проверку понижаются в звании и маркируются, как коммерческие.
Военные по старой привычке очень ценят керамические корпуса. В советские времена пластик не переносил термоциклирование, был пористый, набирал влагу, плохо переносил мороз. Сейчас этих проблем нет.
Керамика дороже, меньше вибростойкость и в целом от больших ускорений проволока, которой контактные площадки на кристалле соединены с выводами микросхемы, может отвалится (в пластиковом корпусе проволока «поддерживается» по всей длине пластиком).
Однако на гражданском рынке нет керамических корпусов. Этакая защита от подделок.

Ну и отдельно рассмотрим космические требования.
Когда гамма и рентгеновское излучение (в том числе вторичное, полученное из-за столкновения электронов с корпусом аппарата) проходит через микросхему — в подзатворном диэлектрике транзисторов начинает постепенно накапливаться заряд, и соответственно начинают медленно изменятся параметры транзисторов — пороговое напряжение транзисторов и ток утечки. Обычная гражданская цифровая микросхема уже после 5000 рад может перестать нормально работать (впрочем, человек может перестать работать уже после 500-1000 рад). На низкой орбите 300-500км (там где и люди летают) годовая доза может быть 100 рад и менее, соответственно даже за 10 лет набранная доза будет переносима гражданскими микросхемами. А вот на высоких орбитах >1000km годовая доза может быть 10'000-20'000 рад, и обычные микросхемы наберут смертельную дозу за считанные месяцы. Шанс получить ошибку в конкретном транзисторе пропорционален его объему, а он быстро уменьшается с уменьшением технологии (т.к. транзисторы становятся не только меньше по площади, но и тоньше). Помимо этого, отмечено аномальное увеличение радиационной стойкости с современными толщинами подзатворных диэлектриков (3нм и менее). В целом, на современных стойких тех.процессах (65нм и менее) рутинно получаются микросхемы выдерживающие дозу облучения в 1млн рад, что превышает все разумные требования по стойкости.

Кроме того существуют Тяжёлые Заряженные Частицы.
ТЗЧ имеют такую высокую энергию(никакая свинцовая защита не поможет от этого снаряда), что «пробивают» микросхему насквозь (вместе с корпусом спутника), и оставляют за собой «шлейф» заряда. В лучшем случае это может привести к программной ошибке (0 стать 1 или наоборот — single-event upset, SEU), в худшем — привести к тиристорному защелкиванию (single-event latchup, SEL). У защелкнутого чипа питание закорачивается с землей, ток может идти очень большой, и привести к сгоранию микросхемы. Если питание успеть отключить и подключить до сгорания — то все будет работать как обычно. Возможно именно это было с Фобос-Грунтом — по официальной версии не-радиационно-стойкие импортные микросхемы памяти дали сбой уже на втором витке, а это возможно только из-за ТЗЧ (по суммарной набранной дозе излучения на низкой орбите гражданский чип мог бы еще долго работать).
Методы борьбы:
1) Следить за потребляемым током, и быстро передергивать питание
2) Использовать микросхемы на сапфировой подложке (Silicon-on-sapphire, SOS, в более общем виде Silicon-on-insulator, SOI).Пластины кремний-на-сапфире стоят дорого, обрабатывать их сложно, и они имеют ограниченное применение в гражданском секторе — соответственно производство получается дорогим.
3) Использовать так называемый triple-well процесс — он также очень сильно снижает возможность защелкивания микросхемы за счет дополнительной изоляции транзисторов pn-переходом, но не требует каких-то особенных пластин или оборудования и соответственно само производство намного дешевле кремния на сапфире.
4) Для исключения программных ошибок блоки могут дублироваться по три блока и ответ принимается таким, каким выдали два блока из трёх.

Как мы видим, никакого особого космоса тут нет и микросхемы производятся обычным техпроцессом с небольшими особенностями.

Подведём итоги:
1. Фотолитография достигла своего технологического потолка и дальнейшее повышение техпроцесса связано с ухищрениями и технологическими трудностями.
2. Производство мелкой серии стоит космических денег. А значит нужен крайне ёмкий рынок, который не может обеспечить РФ.
3. Прибыль идёт в основном только первые пару лет, пока кто-то не введёт новые технологические нормы. Дальше идёт работа по себестоимости. Область крайне дотационная, ибо маржу имеют всё-таки не с чипа, а конечного продукта, например бытовой техники. Так что от мечтаний сказочно разбогатеть, продавая русские микросхемы, придётся отказаться.

Как видим, производство микропроцессоров не может развиваться в России по причине мелкого рынка, а посему приходится закупать, что дают, в Китае, который клепает миллиарды чипов на многочисленных фабриках.
Военные вынуждены покупать свои игрушки за границей по конским ценникам, с дипломатическими проблемами и без всяких гарантий. Именно поэтому мы видим иностранные СУО сомнительного качества на наших танках, которые стоят дороже самих танков. Кроме того у наших "партнёров" есть замечательная возможность скинуть нам брак и неликвид, совершенно негодный для военных действий. Как известно, надежность — уже лет 10 как является результатом компромисса со скоростью и тепловыделением. И пути повышения и снижения надежности очень хорошо изучены: достаточно например не добавлять 1% меди в алюминиевые соединения, или отжигать микросхему не в дейтерии, а в водороде — и срок службы сократиться в 10 раз. Обнаружит ли это тестирование — еще вопрос.

Но выход есть! Хватит это терпеть!
Электронная литография представляет собой нечто вроде 3D-принтера в производстве микроэлектроники. Экспонировать фоторезист можно не светом, а электронным пучком. Электронный пучок можно фокусировать в точку гораздо меньшего размера, но появляются и новые проблемы. Конечное разрешение электронной литографии определяется не только диаметром сфокусированного пучка, а ещё характером его взаимодействия со слоем резиста.
Соударение электронов первичного, высокоэнергетического пучка электронов (красная линия) с атомами материала резиста порождает в нём затухающую лавину вторичных выбитых электронов (синиие линии), вторичные электроны паразитно «засвечивают» резист. В результате экспонированное пятно в плёнке резиста оказывается в несколько раз больше по размеру относительно диаметра электронного пучка. И чем выше энергия, тем больше "пятно". А значит нельзя для ускорения процесса экспонирования просто увеличить ток.

Однако на современном уровне развития электронная литография позволяет в рекордных экспериментальных установках получать структуры с разрешением менее 1 нм. Электронные микроскопы, из которых с помощью специальных насадок(за сотню тысяч баксов) делают литографические машины, позволяли прорисовывать линии с шириной около 20 нм уже в 1990-х годах. В 1990, а мы подошли к этому техпроцессу только сейчас!

То есть, электронная литография снимает технологический барьер по тонким техпроцессам.
Кроме того, электронным пучком можно управлять. Как на 3Д-принтере, только отклоняют его не механическим способом. И он, как зд-принтер или луч развёртки на экране, способен сформировать любую структуру. А это значит, что маска больше не нужна.
Единичные микросхемы для экспериментов учёных уже давно делаются таким образом.

Однако, в промышленности этот метод не используют. Почему?
Вечная проблема всех 3D-принтеров. Скорость работы.
Насколько медленно?
Для типичных хороших электрон-резистов — экспозиция получается порядка 30 микрокулон на квадратный сантиметр. Это значит, что один луч с током 10nA (10 нанокулон в секунду) засветит 300мм пластину площадью 706 см2 за 706*30/(10*0.001) = 24 дня
Грубо говоря, 10 процессоров в сутки. Ни о чём. Ваще.

Но выход есть!
Выход нашла нидерландская фирма Mapper Litography. Она предлагает распараллелить электронный пучок на множество пучков, каждый из которых будет открываться\закрываться и отклоняться в пределах 2 микрометров.
У Mapper — один мощный источник электронов(энергия 5kV, то есть рассеяние будет ещё ниже, чем на ранее приведённом рисунке), коллиматор (электростатическая линза, фокусирующих их так, чтобы получался широкий параллельный пучок электронов). Затем этот широкий пучок попадает на матрицу бланкеров (на фото справа) — фактически пластина с дырками, у одной из стенок которых — отклоняющий электрод. Когда на электрод подают напряжение — электроны отклоняются и не попадают дальше никуда. Если тока нет — так параллельным пучком и летят дальше.

Слева - Mapper, справа - обычный электронный микроскоп.
Для каждого луча\дырки идут индивидуальные дефлекторы, которые могут отклонять каждый луч примерно на 2 микрометра вдоль одной оси (перпендикулярно движению пластины). И наконец — для каждого луча своя электростатическая линза для фокусировки.
Управляют отклоняющими электродами с помощью лазера, видимо чтобы проводники не вносили искажений в «не свои» каналы.

В результате такую систему намного проще масштабировать — все эти микропластинки с «дырками» изготавливаются по уже отработанным MEMS техпроцессам на серийных заводах, и при необходимости их можно масштабировать и дальше. Электронная оптика максимально упрощена (=удешевлена) — за счет того, что отклонять каждый луч нужно на совсем небольшое расстояние (2 микрона), да еще и вдоль одной оси.
В начале 2012 года в рамках программы IMAGINE компания MAPPER достигла размерности элементов 22 нм, что соответствует следующим технологическим стандартам в микроэлектронике — 14 нм и 10 нм. Вполне современно, как по мне.
Модель Matrix 1.1, имеет 1300 лучей и обрабатывает одну вафлю за час.
Модель Matrix 10.1, имеет 13 260 лучей и обрабатывает 10 вафель в час.
Для достижения промышленной производительности предлагается объединять десять установок в кластер.
А это уже серьёзно. По взрослому.

Цена вопроса:
Производитель ориентируются на стоимость, сравнимую с EUV сканерами из расчета на 1 пластину в час (~500тыс$/wph). Т.к. максимальная производительность у Mapper на одной установке получается 10 пластин в час, для получения тех же ~100 пластин в час — систему предлагается ставить в нескольких экземплярах.
То есть, одна установка на 10 пластин в час стоит примерно 5 млн долларов, а кластер - всего 50 млн долларов. Вполне доступно, как по мне.
Впрочем, тут утверждается, что прогнозируемая стоимость установок E-beam (€50–60 млн). Надеюсь, это за кластер. Впрочем, и пол-миллиарда не астрономическая сумма в масштабах страны за свою электронику.
Когда же система пойдет в серийное производство — можно ожидать дальнейшего снижения стоимости, т.к. тут нет самых больных мест оптической фотолитографии — источника света (и EUV и ArF лазеры стоят больших денег), сложного и чудовищно дорогого объектива и фотошаблонов, которые нужно изготавливать для каждого нового типа изготовляемых микросхем. А электронная микрооптика — изготовляется серийно хоть в миллионе экземпляров без проблем.

А группа китайских учёных из Канады предложила способ использования крайне дешёвого полистирола в качестве фоторезиста в электронно-лучевой литографии, позволяя создавать 3D объекты до 1.5 микрон высотой при необычайно малой толщине (ниже сотни нанометров).
При этом повышается чувствительность, а вместе с ней и производительность всего метода в целом, так как требуется меньше времени на создание одного «пикселя» и увеличивается производительность. Суть предложенного метода заключается в том, что полистирол наносится на подложку за счёт термического испарения, а затем после воздействия электронного пучка экспонированную область можно легко растворить смесью ксилолов.

К тому же, при желании можно одновременно «рисовать» на изогнутых поверхностях и даже создавать волноводы на таких поверхностях.

Наши возможности.
Инвесторами являются TSMC (Тайвань), STMicroelectronics (Франция) и ...Роснано.
В России в 2014 году приступил к работе завод МЭМС(Микроэлектромеханические системы), построенный специально для этих целей и выпускающий электроннооптическую часть данного литографа. Кроме того, такой завод может производить кучу важных датчиков, например, акселерометров, гироскопов, магнитных, барометрических и даже DLP-чипов для проекторов.

То есть насадка на электронный микроскоп, превращающий его в литограф, у нас есть. Но я не слышал о российских электронных микроскопах. Зато слышал об украинских. А это значит, что теоретически мы могли бы производить данные литографы для себя сами, даже в условиях автаркии.

Возможности и перспективы.
Применение данной технологии означает только одно: отныне имеет важность и стоимость только площадь чипа.
Что это значит?
Это значит, что каждый производитель сможет разработать свой чип с минимальным энергопотреблением, в котором не будет ничего лишнего. Ему больше не нужны универсальные контроллеры. Ему не важен объём заказа. Хоть одна микросхема. Стоимость имеет только площадь чипа и исследовательские работы.

Я уже вижу этакий электронный магазин IP-ядер. Где ты выбираешь себе части, которые будут в микросхеме. Вот ядро arm или mips процессора, вот видеоядро, вот вайфай, вот usb 3.0. Ты не рассматриваешь, какой чип из существующих тебе подходит. Ты создаёшь чип под себя, наполняя его стандартными элементами.

Для инженеров это значит, что в любой момент чип можно исправить или улучшить. И не надо тратить сотни тысяч на новую маску. А это значит, что развитие техники пойдёт быстрее. Модными станут опенсорс-ядра, они начнут стремительно развиваться. Проверить новую идею или архитектуру в железе будет стоить буквально копейки. При этом все микросхемы будут изготавливаться по самому совершенному техпроцессу.

Для военных и космоса это означает, что всю электронику можно и нужно будет переделать под свои задачи, учитывая особенности применения в архитектуре. Вся электроника танка или самолёта может быть интегрирована в одну специализированную микросхему, где данными радара будет заниматься большое множество примитивных, заточенных под задачу, параллельных процессоров, а общее "руководство" будет на сложных производительных ядрах общего применения. И всё это будет интегрировано в один чип по цене обычного гражданского процессора. СУО, которая стоит пол-танка станет стоить копейки. ВПК кардинально преобразуется, станет более интеллектуальным, производительным, гибким.

Что приятно, так это возможность постепенно наращивать производство, поставив в кластер сначала 2 машины, потом ещё одну-две-три, сколько угодно. Это очень удобно для нашего маленького рынка и плановой экономики. При этом производство будет сразу по самым современным нормам.

Итого, мы имеем чрезвычайно гибкое производство по последним технологическим нормам(с запасом), которое легко масштабируется и совсем не зависит от величины серии микросхем. Идеально для автаркии!

Мальчики и девочки, это и есть новый техноуклад! Когда производство индивидуальных вещей ничуть не отличается от массовой штамповки. Это индустрия 4.0, детка! Эта та самая основа технологического могущества страны, с которой и надо бы начинать строительство сверхдержавы.
И лучше потратить полмиллиарда или даже 10 млрд на это, чем 2,5 в год на ролс-ройсы и или 6 млрд в месяц на облигации госдолга США.

Где размещать производство?

К сожалению, перенос структуры на подложку является только одной частью техпроцесса. Основной же стоимостью фабрики являются именно "чистые помещения". Кроме чистых помещений ещё требуются установки по осаждению металлов и тд и тп.
Так что нельзя поставить по одной установке в каждом городе и сделать распределённую промышленность, как я бы хотел. Ибо концентрированная промышленность уязвима для ударов противника, диверсий и саботажа.
Однако, это оборудование может быть установлено с минимальными затратами на предприятиях с устаревшим оборудованием. И если Микрон выходит на 65 нм и пока в модернизации не сильно нуждается, то вот эти производства можно модернизировать смело, Родина много не потеряет.

Ангстрем-Т
Хрен поймёшь, что с ним. Вроде ещё не окончен. Обещают 90нм. Так как он в процессе, самое время лепить туда электронную литографию. и делать его основным центром производства.

НИИСИ РАН
Или как его еще называют — «Курчатник». Нормы 350 нм. Объём производства - считанные пластины в день, работает на оборонку. Думаю, что одного такого литографа на 10 пластин в час для армии достаточно.
Но завод должен контроллироваться полностью военными специалистами, которые бы следили за техпроцессом, содержанием меди, дейтерием и прочими технологическими требованиями за качеством микросхем.

Ангстрем («старый»)
Производство с нормами 600нм на пластинах диаметром 150мм (8тыс пластин в месяц) и 100мм, 1200нм кремний-на-сапфире/карбид кремния (4тыс. пластин в месяц).

Интеграл.
Долгое время Белорусский Интеграл обладал технологией 800нм, но несколько лет назад наконец смогли запустить 350нм производство на пластинах 200мм, с объемом производства 1000 пластин в месяц. Также есть своё производство «чистых» пластин диаметром 200мм для 350нм линейки.

Используемые материалы, из которых я бессовестно копипастил:

От песка до процессора.
Как работает микроэлектронное производство и что нам стоит дом построить?
Микроэлектроника для космоса и военных
Вероятное будущее производства микроэлектроники: безмасочная многолучевая электронная литография от Mapper Lithography
3D электронная литография в массы


Данные о производстве машин и оборудования за 2015 г.

Оригинал взят у sergeeffff в Данные о производстве машин и оборудования за 2015 г.


Росстат представил актуальную информацию о промышленном производстве за 2015 г. Данные о производстве отдельных видов машин и оборудования представлены ниже.

Наименование 2015 г. В % к 2014 г.
Насосы центробежные для перекачки жидкостей; тыс.штук 2286 105,2
Подшипники шариковые или роликовые, млн.штук 48,6 96,6
Краны мостовые электрические, штук 1690 71,3
Витрины и прилавки холодильные, тыс.штук 590 91,8
Тракторы для сельского и лесного хозяйства прочие, штук 5142 76,2
Минитракторы, штук 888 41,7
Комбайны зерноуборочные, штук 4575 82,5
Станки металлорежущие, штук 2919 88,8
Машины кузнечно-прессовые, штук 3140 127,1
Станки деревообрабатывающие, штук 4832 99,4
Установки буровые для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения, компл. 421 68,3
Грейдеры самоходные (автогрейдеры), штук 483 62,5
Холодильники и морозильники бытовые, тыс.штук 3118 84,2
Бытовые стиральные машины, тыс.штук 3485 89,8
Электрические бритвы, тыс.штук 297 101,4
Плиты (с духовкой) газовые бытовые, тыс.штук 510 118,4
Газовые водонагреватели (емкостные автоматические), тыс.штук 97,1 95,6


Из представленных 17 видов продукции спад зафиксирован по 13. Резкое снижение производства мостовых кранов показывает, что в ближайшем будущем стоит ожидать серьезный кризис в строительной отрасли.

Несмотря на запрет ввоза продовольствия из-за границы и резкого падения рубля сельское хозяйство не увеличило спрос на технику. Производство комбайнов снизилось на 18%, тракторов и того больше – на 24%.

Выпуск металлорежущих станков сократился на 11,2% и составил всего 2919 шт. Для сравнения в период индустриализации 1928-41 их производство увеличилось с 1978 до 58437 шт. Вот так у нас осуществляется импортозамещение, а некоторые диванные эксперты думают, что в стране идет новая индустриализация.

Производство оборудования для бурения скважин упало на 32%. Это и понятно, кому сейчас оно нужно, когда цена на нефть ниже 30 долл. за баррель.

Выпуск грейдеров для дорожной отрасли снизился на 37,5%. Несмотря на ввод системы Платон никто не собирается активно строить и ремонтировать дороги.

Торговля также снизила спрос на витрины и прилавки холодильные, объем производства которых снизился на 8,2%.
Прирост производства зафиксирован по насосам, кузнечно-прессовым машинам, электрическим бритвам и газовым плитам.
Президент и Правительство в момент острого кризиса заняли позицию «ничегонеделания». Результаты этого уже на лицо. В 2016 г. спад промышленного производства продолжится.

Счетчик посещений Counter.CO.KZ - бесплатный счетчик на любой вкус!